TL;DR

Die Popularität von Krypto und Blockchain nimmt exponentiell zu, ebenso wie die Anzahl der Benutzer und Transaktionen. Es ist zwar leicht zu erkennen, wie revolutionär die Blockchain ist, doch die Skalierbarkeit – die Fähigkeit eines Systems, zu wachsen und gleichzeitig der steigenden Nachfrage gerecht zu werden – war schon immer eine Herausforderung. Öffentliche Blockchain-Netzwerke, die stark dezentralisiert und sicher sind, haben oft Schwierigkeiten, einen hohen Durchsatz zu erreichen.

Dies wird oft als Blockchain-Trilemma bezeichnet, das besagt, dass es für ein dezentrales System praktisch unmöglich ist, gleichzeitig ein gleichermaßen hohes Maß an Dezentralisierung, Sicherheit und Skalierbarkeit zu erreichen. Realistisch gesehen können Blockchain-Netzwerke nur zwei von drei Faktoren haben.

Glücklicherweise arbeiten jedoch Tausende von Enthusiasten und Experten an Skalierungslösungen. Einige dieser Lösungen zielen darauf ab, die Architektur der Hauptblockchain (Schicht 1) zu optimieren, während andere auf Schicht-2-Protokolle abzielen, die auf dem zugrunde liegenden Netzwerk ausgeführt werden.


Einführung

Angesichts der großen Anzahl verfügbarer Blockchains und Kryptowährungen wissen Sie möglicherweise nicht, ob Sie eine Layer-1- oder Layer-2-Kette verwenden. Es hat Vorteile, die Komplexität der Blockchain zu verbergen, aber es lohnt sich, ein System zu verstehen, in das Sie investieren oder das Sie verwenden. Mit diesem Artikel werden Sie die Unterschiede zwischen Layer-1- und Layer-2-Blockchains und verschiedenen Skalierbarkeitslösungen verstehen.


Was ist eine Blockchain-Schicht 1 im Vergleich zu Schicht 2?

Der Begriff Layer 1 bezieht sich auf die Basisebene einer Blockchain-Architektur. Es ist die Hauptstruktur eines Blockchain-Netzwerks. Bitcoin, Ethereum und BNB Chain sind Beispiele für Layer-1-Blockchains. Layer 2 bezieht sich auf Netzwerke, die auf anderen Blockchains aufbauen. Wenn Bitcoin also ein Layer 1 ist, ist das darüber laufende Lightning Network ein Beispiel für ein Layer 2.

Verbesserungen der Skalierbarkeit von Blockchain-Netzwerken können in Layer-1- und Layer-2-Lösungen eingeteilt werden. Eine Layer-1-Lösung ändert die Regeln und Mechanismen der ursprünglichen Blockchain direkt. Eine Layer-2-Lösung verwendet ein externes, paralleles Netzwerk, um Transaktionen außerhalb der Hauptkette zu ermöglichen.


Warum ist die Skalierbarkeit der Blockchain wichtig?

Stellen Sie sich vor, zwischen einer Großstadt und ihrem schnell wachsenden Vorort wird eine neue Autobahn gebaut. Da das Verkehrsaufkommen auf der Autobahn zunimmt und es – insbesondere während der Hauptverkehrszeiten – häufig zu Staus kommt, kann sich die durchschnittliche Fahrtzeit von A nach B erheblich verlängern. Kein Wunder, denn die Kapazität der Straßeninfrastruktur ist begrenzt und die Nachfrage wächst ständig.

Was können die Behörden nun tun, um mehr Pendlern eine schnellere Fahrt über diese Route zu ermöglichen? Eine Lösung wäre, die Autobahn selbst zu verbessern und auf beiden Seiten der Straße zusätzliche Fahrspuren hinzuzufügen. Dies ist jedoch nicht immer praktikabel, da es eine teure Lösung ist, die den Autobahnbenutzern erhebliche Unannehmlichkeiten bereiten würde. Eine Alternative besteht darin, kreativ zu werden und verschiedene Ansätze in Betracht zu ziehen, die nicht mit Änderungen an der Kerninfrastruktur verbunden sind, wie etwa den Bau zusätzlicher Servicestraßen oder sogar die Einrichtung einer Stadtbahnlinie entlang der Autobahn.

In der Welt der Blockchain-Technologie wäre die Hauptautobahn eine Schicht 1 (das Hauptnetzwerk), während die zusätzlichen Nebenstraßen Lösungen der Schicht 2 wären (sekundäres Netzwerk zur Verbesserung der Gesamtkapazität).

Bitcoin, Ethereum und Polkadot gelten alle als Layer-1-Blockchains. Sie sind die Basis-Blockchains, die Transaktionen für ihre jeweiligen Ökosysteme verarbeiten und aufzeichnen und eine native Kryptowährung verwenden – die normalerweise zur Zahlung von Gebühren und für einen breiteren Nutzen verwendet wird. Polygon ist ein Beispiel für eine Layer-2-Skalierungslösung für Ethereum. Das Polygon-Netzwerk setzt regelmäßig Checkpoints an das Ethereum-Mainnet, um es über seinen Status zu informieren.

Die Durchsatzkapazität ist ein wichtiges Element einer Blockchain. Sie ist ein Maß für Geschwindigkeit und Effizienz und zeigt, wie viele Transaktionen innerhalb eines bestimmten Zeitraums verarbeitet und aufgezeichnet werden können. Mit zunehmender Benutzerzahl und steigender Anzahl gleichzeitiger Transaktionen kann die Nutzung einer Layer-1-Blockchain langsam und teuer werden. Dies gilt insbesondere für Layer-1-Blockchains, die einen Proof-of-Work-Mechanismus anstelle eines Proof-of-Stake-Mechanismus verwenden.


Aktuelle Layer 1-Probleme

Bitcoin und Ethereum sind gute Beispiele für Layer-1-Netzwerke mit Skalierungsproblemen. Beide sichern das Netzwerk durch ein verteiltes Konsensmodell. Das bedeutet, dass alle Transaktionen von mehreren Knoten überprüft werden, bevor sie validiert werden. Die sogenannten Mining-Knoten konkurrieren alle darum, ein komplexes Rechenrätsel zu lösen, und die erfolgreichen Miner werden in der nativen Kryptowährung des Netzwerks belohnt.

Mit anderen Worten: Alle Transaktionen müssen vor ihrer Bestätigung von mehreren Knoten unabhängig verifiziert werden. Dies ist eine effiziente Methode, um korrekte, verifizierte Daten in der Blockchain zu protokollieren und aufzuzeichnen und gleichzeitig das Risiko eines Angriffs durch böswillige Akteure zu verringern. Sobald Sie jedoch ein so beliebtes Netzwerk wie Ethereum oder Bitcoin haben, wird die Durchsatzanforderung zu einem immer größeren Problem. In Zeiten einer Netzwerküberlastung müssen Benutzer mit langsameren Bestätigungszeiten und höheren Transaktionsgebühren rechnen.


Wie funktionieren Layer-1-Skalierungslösungen?

Für Layer-1-Blockchains stehen mehrere Optionen zur Verfügung, mit denen sich der Durchsatz und die Gesamtnetzwerkkapazität erhöhen lassen. Bei Blockchains, die Proof of Work verwenden, könnte ein Übergang zu Proof of Stake eine Option sein, um die Transaktionen pro Sekunde (TPS) zu erhöhen und gleichzeitig die Verarbeitungsgebühren zu senken. Dennoch gibt es in der Krypto-Community unterschiedliche Ansichten über die Vorteile und langfristigen Auswirkungen von Proof of Stake.

Skalierungslösungen für Layer-1-Netzwerke werden normalerweise vom Entwicklungsteam des Projekts eingeführt. Je nach Lösung muss die Community einen Hard Fork oder Soft Fork des Netzwerks durchführen. Einige kleine Änderungen sind abwärtskompatibel, wie beispielsweise das SegWit-Update von Bitcoin.

Größere Änderungen, wie die Erhöhung der Bitcoin-Blockgröße auf 8 MB, erfordern einen Hard Fork. Dadurch werden zwei Versionen der Blockchain erstellt, eine mit dem Update und eine ohne. Eine weitere Möglichkeit, den Durchsatz eines Netzwerks zu erhöhen, ist Sharding. Dabei werden die Operationen einer Blockchain auf mehrere kleinere Abschnitte aufgeteilt, die Daten gleichzeitig statt nacheinander verarbeiten können.


Wie funktionieren Layer-2-Skalierungslösungen?

Wie besprochen basieren Layer-2-Lösungen auf sekundären Netzwerken, die parallel oder unabhängig von der Hauptkette arbeiten.

Rollups

Zero-Knowledge-Rollups (die häufigste Art) bündeln Off-Chain-Layer-2-Transaktionen und übermitteln sie als eine Transaktion an die Hauptkette. Diese Systeme verwenden Gültigkeitsnachweise, um die Integrität von Transaktionen zu überprüfen. Vermögenswerte werden mit einem überbrückenden Smart Contract auf der ursprünglichen Kette gehalten, und der Smart Contract bestätigt, dass das Rollup wie vorgesehen funktioniert. Dies bietet die Sicherheit des ursprünglichen Netzwerks mit den Vorteilen eines weniger ressourcenintensiven Rollups.

Seitenketten

Sidechains sind unabhängige Blockchain-Netzwerke mit eigenen Validierer-Sets. Das bedeutet, dass der überbrückende Smart Contract auf der Hauptchain die Gültigkeit des Sidechain-Netzwerks nicht überprüft. Sie müssen daher darauf vertrauen, dass die Sidechain ordnungsgemäß funktioniert, da sie in der Lage ist, Assets auf der ursprünglichen Chain zu kontrollieren.

Staatliche Kanäle

Ein Statuskanal ist eine bidirektionale Kommunikationsumgebung zwischen den Transaktionsparteien. Die Parteien sperren einen Teil der zugrunde liegenden Blockchain ab und verbinden ihn mit einem Off-Chain-Transaktionskanal. Dies geschieht normalerweise über einen vorab vereinbarten Smart Contract oder eine Mehrfachsignatur. Die Parteien führen dann eine Transaktion oder einen Stapel von Transaktionen Off-Chain aus, ohne die Transaktionsdaten sofort an das zugrunde liegende Distributed Ledger (d. h. die Hauptkette) zu übermitteln. Sobald alle Transaktionen im Satz abgeschlossen sind, wird der endgültige „Status“ des Kanals zur Validierung an die Blockchain gesendet. Dieser Mechanismus ermöglicht eine Verbesserung der Transaktionsgeschwindigkeit und erhöht die Gesamtkapazität des Netzwerks. Lösungen wie das Bitcoin Lightning Network und Ethereums Raiden arbeiten auf der Grundlage von Statuskanälen.

Verschachtelte Blockchains

Diese Lösung basiert auf einer Reihe sekundärer Ketten, die auf der Haupt-Blockchain, der „übergeordneten“ Blockchain, sitzen. Verschachtelte Blockchains funktionieren nach den Regeln und Parametern, die von der übergeordneten Kette festgelegt werden. Die Hauptkette ist nicht an der Ausführung von Transaktionen beteiligt und ihre Rolle beschränkt sich bei Bedarf auf die Streitbeilegung. Die tägliche Arbeit wird an „untergeordnete“ Ketten delegiert, die die verarbeiteten Transaktionen nach Abschluss außerhalb der Hauptkette an die Hauptkette zurückgeben. Das Plasma-Projekt von OmiseGO ist ein Beispiel für eine verschachtelte Blockchain-Lösung auf Layer 2.


Einschränkungen von Layer 1- und Layer 2-Skalierungslösungen

Sowohl Layer-1- als auch Layer-2-Lösungen haben einzigartige Vor- und Nachteile. Die Arbeit mit Layer 1 kann die effektivste Lösung für groß angelegte Protokollverbesserungen darstellen. Dies bedeutet jedoch auch, dass Validierer davon überzeugt werden müssen, Änderungen durch einen Hard Fork zu akzeptieren.

Ein mögliches Beispiel dafür, dass Validierer dies möglicherweise nicht tun möchten, ist der Wechsel von Proof of Work zu Proof of Stake. Miner verlieren durch diesen Wechsel zu einem effizienteren System an Einkommen, was sie davon abhält, die Skalierbarkeit zu verbessern.

Layer 2 bietet eine viel schnellere Möglichkeit, die Skalierbarkeit zu verbessern. Allerdings kann dabei, je nach verwendeter Methode, ein Großteil der Sicherheit der ursprünglichen Blockchain verloren gehen. Benutzer vertrauen Netzwerken wie Ethereum und Bitcoin aufgrund ihrer Belastbarkeit und ihrer Sicherheitsbilanz. Indem Sie Aspekte von Layer 1 entfernen, müssen Sie sich hinsichtlich Effizienz und Sicherheit oft auf das Layer-2-Team und -Netzwerk verlassen.


Was kommt nach Layer 1 und Layer 2?

Eine zentrale Frage ist, ob wir überhaupt Layer-2-Lösungen brauchen, wenn Layer 1 skalierbarer wird. Bestehende Blockchains werden verbessert und es werden bereits neue Netzwerke mit guter Skalierbarkeit erstellt. Es wird jedoch lange dauern, bis große Systeme ihre Skalierbarkeit verbessern, und das ist nicht garantiert. Die wahrscheinlichste Option ist, dass sich Layer 1 auf die Sicherheit konzentriert und Layer-2-Netzwerke ihre Dienste an bestimmte Anwendungsfälle anpassen können.

In naher Zukunft werden große Ketten wie Ethereum aufgrund ihrer großen Benutzer- und Entwicklercommunity wahrscheinlich weiterhin dominieren. Das große, dezentralisierte Validator-Set und der vertrauenswürdige Ruf bilden jedoch eine solide Basis für gezielte Layer-2-Lösungen.


Abschließende Gedanken

Seit es Krypto gibt, hat die Suche nach verbesserter Skalierbarkeit einen zweigleisigen Ansatz mit Layer-1-Verbesserungen und Layer-2-Lösungen hervorgebracht. Wenn Sie über ein vielfältiges Krypto-Portfolio verfügen, ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass Sie bereits sowohl mit Layer-1- als auch mit Layer-2-Netzwerken in Berührung gekommen sind. Jetzt verstehen Sie die Unterschiede zwischen den beiden sowie die unterschiedlichen Skalierungsansätze, die sie bieten.